Guidelines for pore water pressure monitoring programs design and integration to open pit mine plans

Abstract

El diseño de taludes es una tarea crítica en proyectos de minería a cielo abierto. Generalmente, planificadores y diseñadores buscan operar en paredes tan empinadas como sea posible para optimizar la cantidad de mineral extraído y reducir el lastre. Sin embargo, esto conlleva una disminución en la estabilidad del talud. De este modo, se requiere una gestión adecuada del talud para permitir a los planificadores y operadores realizar su trabajo con seguridad. Una de las principales variables que debe ser manejada adecuadamente en minas a cielo abierto es la presión de poros que se genera detrás de los taludes ya que esta presión disminuye la resistencia al corte del suelo. Para controlar la influencia de la presión de poros se han desarrollado distintos tipos de instrumentos para monitorear presión de agua en minas y usar los datos obtenidos como input en la toma de decisiones. Entre los instrumentos desarrollados para monitorear presión de agua subterránea están los piezómetros, que se han convertido en tecnologías establecidas en proyectos civiles y mineros. Existen distintos tipos de piezómetros y entre ellos la tecnología más aceptada para realizar monitoreo de agua en minas es la de Vibrating Wire Piezometer (VWP). En esta tesis se desarrollaron lineamientos para seleccionar instrumentación basada en las características de una mina. Utilizando estos lineamientos se seleccionaros dos tecnologías para ser comparadas, los VWP y los Networked Smart Markers (NSM). Esta comparación involucra el desarrollo de un proyecto minero teórico que incluye empinar una pared potencialmente inestable de la mina como contexto para el uso de los instrumentos. Posteriormente, se desarrollaron lineamientos para integrar un programa de monitoreo al plan minero. Para comparar dichas tecnologías, se proponen dos programas de monitoreo equivalentes y se consideran los costos de los equipos para ser instalados en los años 3 y 13 del plan minero. Un análisis de pits anidados reveló que el VAN del proyecto aumenta a medida que la pared se empina, de este modo, el parámetro de control en la comparación es cuál programa es más barato al tomar en cuenta el ingreso extra y una tasa de descuento del 8% para calcular el VAN. Los resultados de esta comparación mostraron que el uso de VWP es más barato que el uso de NSM (600,015.5[US$] versus 766,142.5[US$]). Sin embargo, esta diferencia en costo es pequeña considerando la escala del proyecto (0.39% de la inversión), además empinar la pared generó 42,420,000[US$] extra al VAN original del proyecto, lo que hace que ambas alternativas sean factibles para llevar a cabo el monitoreo propuesto. Los NSM sin embargo poseen una ventaja para realizar mediciones multipunto ya que permiten un mayor número de puntos de muestreo en un mismo pozo.

Slope design is one of the most critical tasks in open pit mine projects. Generally, mine planners and slope designers aim to operate on walls as steep as possible to optimize the amount of ore retrieved from the mine while reducing the extracted waste. However, this approach also involves a reduction in overall slope stability. Consequently, a proper management of slope stability is required to assist mine planners and operators to perform their work safely. One of the main variables that need to be properly managed in open pit mines is the pore water pressure generated behind the slopes, as this pressure decreases the ground s shear strength. To manage the influence of pore water pressure, several geotechnical instruments have been developed over the years to monitor pore water pressure and to use the data to make proper decisions. Piezometers are devices developed to monitor groundwater pressure that have become established technologies to measure pore water pressure in civil and mining projects. There are different types of piezometers with varying characteristics. The most accepted sensing technology for pore pressure monitoring in mines is the Vibrating Wire Piezometers (VWP). This thesis developed guidelines for the selection of instrumentation given the characteristics of a mine site. Using those guidelines, Vibrating Wire Piezometers and the emergent technology of Networked Smart Markers (NSM) were selected to be compared. For this comparison, a theoretical mine project, that included the steepening of a potentially unstable wall, was developed as context for instrumentation use. Subsequently, guidelines for the integration of a pore water pressure monitoring program into the mine plan were developed. To compare the selected technologies, two equivalent monitoring programs were proposed considering the current installation costs of the devices and installations in years 3 and 13 of the mine life. A nested pit analysis revealed that the NPV of the project increases when the wall gets steeper, therefore, the parameter of interest is which program is less expensive compared to the extra income, considering a discount rate of 8% to calculate the NPV of the project. The results of this comparison showed that the use of Vibrating Wire Piezometers was less expensive than the NSMs (600,015.5[US$] against 766,142.5[US$]). However, this difference in cost is small in terms of the scale of this project (0.39% of the investment) and the steepening of the wall generated 42,420,000[US$] extra to the NPV of the original project, thus, making both alternatives feasible to perform the proposed monitoring. NSMs are, however, more suitable to perform multi-point readings as they allow a higher number of measurement points in a single borehole.